封海而衰、開海則盛。在海洋強(qiáng)國建設(shè)中，海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)是不可缺少的重要支撐。
自上世紀(jì)50年代起，海洋所面向深海大洋，逐步揭開海洋生物神秘面紗，挖掘海洋寶藏。70年來，他們砥礪奮進(jìn)，開辟了一條從基礎(chǔ)研究，到技術(shù)應(yīng)用、良種良品開發(fā)，再到推廣示范的發(fā)展之路，實現(xiàn)中國海洋生物認(rèn)知從無到有、海洋經(jīng)濟(jì)從弱到強(qiáng)的華麗嬗變。
國際牡蠣研究的“分水嶺”
海洋所建所之初，便是從水產(chǎn)科學(xué)起步。
上世紀(jì)50年代到80年代，建所“元老”之一的曾呈奎，對經(jīng)濟(jì)海藻資源的開發(fā)利用和化學(xué)加工，以及對紫菜、海帶栽培生物學(xué)研究取得的成果，為中國藻類、海帶栽培及化工生產(chǎn)事業(yè)的建立和發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在1985年，我國就已成為世界上頭號海帶養(yǎng)殖生產(chǎn)大國。
“那時主要為了解決餓肚子的問題，水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，曾先生也引領(lǐng)了我國一大批科研人員開始從事經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)生物的研究。”海洋所研究員張國范說。
張國范便是追隨者之一。
他長期從事貝類遺傳育種與養(yǎng)殖技術(shù)研發(fā)，曾3次獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎。2002年，在導(dǎo)師張福綏院士的具體建議下，他開始從事中國傳統(tǒng)四大養(yǎng)殖貝類的“老大難”——牡蠣的研究。
在國家自然科學(xué)基金的支持下，他帶領(lǐng)團(tuán)隊與美國Rutgers大學(xué)教授郭希明合作，首先基本查清了中國經(jīng)濟(jì)牡蠣的種類組成和地理分布，為牡蠣基礎(chǔ)研究、遺傳改良和養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展鋪平道路。
上世紀(jì)80年代，人類基因組計劃的啟動拉開了生命基因組研究的序幕。而“農(nóng)業(yè)以良種為先”，為了獲得品質(zhì)更優(yōu)、產(chǎn)量更高、抗性更強(qiáng)的水產(chǎn)品種，美國農(nóng)業(yè)部于1997年啟動了大馬哈魚、羅非魚、鯰魚、牡蠣和對蝦 5種水產(chǎn)養(yǎng)殖動物基因組計劃。
“基因組育種是未來育種的主流發(fā)展方向”，這是張國范一直認(rèn)定的。
2008年，他邀請郭希明教授共同發(fā)起了國際牡蠣基因組計劃（OGP）。
牡蠣基因組有著高多態(tài)性和高重復(fù)序列的特點，也沒有近緣物種基因組信息可供參考，難度巨大，他們備受質(zhì)疑。但張國范抱著“爭取第一，作出原創(chuàng)”的信念，與團(tuán)隊成員日夜奮戰(zhàn)，整理實驗數(shù)據(jù)和論文時更是“全面閉關(guān)”近一年。
終于，2012年9月19日，他們向全球公布了世界上首個貝類全基因組序列精細(xì)圖譜，揭示了基因家族的特異性擴(kuò)張是牡蠣適應(yīng)環(huán)境異質(zhì)性的組學(xué)機(jī)制，《自然》雜志以長文形式在線刊發(fā)。
中國貝類適應(yīng)進(jìn)化研究步入國際前沿。國際牡蠣研究泰斗Bayne評價稱，該研究為“牡蠣生物學(xué)研究的分水嶺”。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊還搭建了牡蠣資源基因組研發(fā)平臺，相繼發(fā)表了系列高水平研究論文，建立了牡蠣品質(zhì)性狀基因模塊育種技術(shù)，為高質(zhì)牡蠣產(chǎn)品創(chuàng)制奠定了基礎(chǔ)。
對蝦研究突破國外“封鎖”
21世紀(jì)伊始，海洋所研究員相建海和李富花主導(dǎo)的研究團(tuán)隊開啟了對蝦基因組研究。
對蝦是高蛋白、低脂肪的優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品種，我國是全球?qū)ξr養(yǎng)殖和消費(fèi)第一大國，每年對蝦養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)160萬噸，產(chǎn)值近千億元。
“對蝦研究始于國家需求，傳承前輩衣缽。”李富花回憶說。
1993年，一種名為“白斑桿狀病毒”的蝦病席卷全國，我國對蝦從20萬噸的年產(chǎn)量一度跌至5萬噸。病毒傷了養(yǎng)蝦人，也刺痛了海洋所對蝦研究者。當(dāng)時，海洋所研究員張偉權(quán)及其團(tuán)隊在劉瑞玉院士倡導(dǎo)下從美國引進(jìn)了凡納濱對蝦并開展人工育苗研究。
“從美國引進(jìn)的凡納濱對蝦在一定程度上救了我國對蝦養(yǎng)殖，但優(yōu)質(zhì)種源問題卻始終受制于人。”相建海坦承，為維持產(chǎn)業(yè)發(fā)展，國內(nèi)育苗企業(yè)每年需要從國外進(jìn)口種蝦，費(fèi)用高達(dá) 3 億元，“為了不被‘卡脖子’，我們必須培育自己的品種”。
在長達(dá)近10年的時間里，他們經(jīng)歷了無數(shù)次的篩選、反復(fù)、等待……首先針對對蝦獨(dú)特的生物學(xué)特點，開創(chuàng)了對蝦細(xì)胞工程育種技術(shù)，在國際上首次成功批量誘導(dǎo)出中國對蝦的三倍體，為對蝦良種創(chuàng)制和良種保護(hù)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
傳統(tǒng)遺傳育種周期長、效益慢，育種失敗率高。全力破譯凡納濱對蝦的基因密碼，可以提高育種的準(zhǔn)確性，從而加快選育進(jìn)程。
對蝦基因組大、重復(fù)序列和雜合度高，此前多個從事對蝦基因組研究的國際團(tuán)隊相繼退出。
敢啃“硬骨頭”，是海洋所人的特質(zhì)。他們“二十年磨一劍”，終于成功破譯凡納濱對蝦基因組，構(gòu)建了全球目前唯一的一個凡納濱對蝦BAC（細(xì)菌人工染色體）文庫，獲得國際首個高質(zhì)量對蝦基因組參考圖譜，研究成果于2019年發(fā)表在《自然—通訊》雜志。
基于該研究，團(tuán)隊還建立了基于分子標(biāo)記和功能基因的分子育種技術(shù)，為對蝦基因組育種和經(jīng)濟(jì)性狀改良工作提供了重要的基礎(chǔ)平臺。
“分子育種使得今后選育新品種過程可能縮短至3~5年，還可根據(jù)目標(biāo)需求育出不同品種，滿足多元化的市場需求。”相建海說。
良品良種 事業(yè)未竟
繪制基因圖譜，打開海洋生物生命認(rèn)知之門。除了牡蠣、對蝦，海洋所還在國際上首次完成了仿刺參基因組測序和組裝，其他重要經(jīng)濟(jì)水產(chǎn)生物的基因組也正在研究中。
“不談基礎(chǔ)，何談應(yīng)用。”仿刺參基因組研究主要完成人之一、海洋所常務(wù)副所長楊紅生一語道破基礎(chǔ)研究的重要性，“生物過程的認(rèn)知，包括基因組研究，是我們海洋生物資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)。”
近年來，海洋所在我國海洋生物資源認(rèn)知上取得的新突破，極大促進(jìn)了新品種和新生產(chǎn)體系上的大突破。
張國范與李莉等團(tuán)隊成員一道在基因組研究的基礎(chǔ)上，建立了品質(zhì)性狀基因模塊育種技術(shù)，育成“海蠣1號”高糖原牡蠣新品種。連續(xù)兩年生產(chǎn)測試對比結(jié)果表明，“海蠣1號”養(yǎng)殖效益較常規(guī)品種提高2~3倍。長牡蠣“海蠣1號”新品種目前已通過全國水產(chǎn)原種和良種審定委員會的審定。
記者眼中的張國范是一位儒雅科學(xué)家，但他始終強(qiáng)調(diào)自己是一位“農(nóng)民”，他心中裝的也是“如何讓農(nóng)民富裕起來”。通過多種技術(shù)的集成和優(yōu)化，他們團(tuán)隊建立了具有國際影響力的高質(zhì)牡蠣創(chuàng)制理論和技術(shù)體系，并在縣域（威海乳山）規(guī)模進(jìn)行一體化應(yīng)用示范，支撐了全國行業(yè)第一品牌“乳山牡蠣”的形成和發(fā)展。
“肉質(zhì)肥美、清冽爽滑、個大飽滿，一點不輸國外頂尖牡蠣品牌。”張國范自豪地說。
在對蝦產(chǎn)業(yè)方面，相建海團(tuán)隊首次在對蝦中建立了四系配套育種技術(shù)體系，培育出快長系、高存活/高繁系、高存活/快長系和高繁系4個品系，培育出凡納濱對蝦“科海1號”和“廣泰1號” 新品種，近兩年，兩大品種在我國主要養(yǎng)殖區(qū)域推廣健康苗種100億余尾。
在刺參方面，楊紅生團(tuán)隊構(gòu)建了刺參等良種選育技術(shù)平臺，培育出“東科1號”耐溫速生新品種和3個優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性狀的新品系。此外，他們研發(fā)并建立了刺參等重要海水經(jīng)濟(jì)動物的多元生態(tài)高效增養(yǎng)殖新技術(shù)。
科研是漫長的，趕海是艱辛的，但這些農(nóng)民式的科學(xué)家樂在其中、樂此不疲。向海而作，他們事業(yè)未竟。